LK Physik 13 Kernphysik - am Werdenfels-Gymnasium

KAPITEL 6. WIE DIE PHYSIK UNSERE WELT BESCHREIBT 52
Das Kapitel ” Quantengravitation“ ist im Rahmen der QFT leider noch nicht geschrieben. Die
bisher beste Beschreibung der Gravitation liefert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie. Ein
guter Kandidat für die Quantengravitation und eine Vereinheitlichung aller vier Wechselwirkun-
gen (TOE: Theory Of Everything) ist die Theorie der Superstrings, die Teilchen als schwin-
gende Saiten in mehrdimensionalen Räumen behandelt. Eine weitere Theorie, an der fieberhaft
gearbeitet wird, ist die Vereinheitlichung der elektroschwachen und der starken Kraft (GUT:
Grand Unified Theory).
6.2 Die Welt im Großen - Kosmologie
Die Struktur unseres Universums wird hauptsächlich durch die Gravitation bestimmt, d.h. die
angemessene Theorie zur Beschreibung des ganzen Weltalls ist die allgemeine Relativitätstheorie.
Die Rotverschiebung des Lichtes ferner Galaxien zeigt, dass sich das Weltall ausdehnt. Eine
Rückrechnung ergibt, dass das Universum vor ca. 15 Milliarden Jahren aus einer Singularität
(Radius Null, Dichte unendlich) entstand (Urknall, Big Bang).
Die wichtigsten Daten der Geschichte unseres Universums findet man in Tabelle 6.2.1.
Die wichtigsten experimentellen Bestätigungen der Urknallhypothese sind:
• Die Rotverschiebung des Lichtes ferner Galaxien.
• Das 3:1-Verhältnis von Wasserstoff zu Helium im Universum (siehe Tab. 6.2.1).
• Die kosmische Hintergrundstrahlung, die 1964 von Robert Wilson und Arno Penzias (No-
belpreis 1978) entdeckt wurde und ein Relikt des Urknalls ist (siehe Tab. 6.2.1). Diese
Strahlung besteht aus energiearmen Photonen, deren Energieverteilung die Gleiche ist wie
die der Wärmestrahlung eines schwarzen Körpers mit der Temperatur T = 2,735 K. 1989
wurde das Spektrum und die Richtungsabhängigkeit der Hintergrundstrahlung mit dem
COBE-Satelliten (COsmic-Background-Explorer) genau vermessen. Die Hintergrundstrah-
lung zeigt ein Abbild des Universums zur Zeit des Entkoppelns von Strahlung und Materie,
also ungefähr 300000 Jahre nach dem Urknall. Die COBE-Daten zeigen, dass die Hin-
tergrundstrahlung ungeheuer isotrop ist, aber es wurden auch kleine Schwankungen (die
sogenannten ” Ripples“) um den Faktor ≈ 10 −7 entdeckt. Daraus folgt, dass es im frühen
Universum kleine Dichteschwankungen gab, ohne die es nicht zur Bildung von Galaxien
und Sternen gekommen wäre. Wären diese Ripples nicht gefunden worden, müßte man die
Urknallhypothese verwerfen. (Siehe [18], [20]).
Die schwereren Elemente wurden und werden in Sternen durch Fusion gebildet. Bei Superno-
vaexplosionen verteilen sich die schweren Elemente im Weltall und bilden dann neue Sterne
und Planetensysteme. Unsere Erde ist also aus Material gemacht, das im Inneren von Sternen
(Sonnen) erzeugt wurde.